c++ 智能指针unique_ptr（c++ 智能指针总结）

时间2025-05-06 13:44:00分类IT科技浏览3533

导读：内存管理堆...

内存管理

堆

定义：动态分配内存的区域

c++会设计到的两个有关内存管理器的操作

让内存管理器分配一个某大小的内存块

分配内存要考虑程序当前已经有多少未分配的内存

内存不足时要从操作系统申请新的内存;内存充足时，从可用内存里取出一块合适大小的内存，将其标记为已用，再将其返回给要求内存的代码

让内存管理器释放一个之前分配过的内存块

对于连续未使用的内存块，内存管理器需要将其合并成一块，以便可以满足后续较大内存的分配

栈

定义：函数调用过程中产生的本地变量和调用数据的区域大致执行过程：当函数调用另一个函数时，会把参数也压入栈里，然后把下一行汇编指令的地址压入栈，并跳转到新的函数。新的函数进入后，首先做一些必须的保存工作，然后会调整栈指针，分配出本地变量所需的空间，随后执行函数中的代码，并在执行完毕之后，根据调用者压入栈的地址，返回到调用者未执行的代码中继续执行优点：栈上的分配十分简单，只需移动栈指针栈上的释放十分简单，函数执行结束时只需移动栈指针由于后进先出的执行过程，不可能出现内存碎片

RAII(Resource Acquisition Is Initialization)

定义：RAII 依赖于栈和析构函数，对所有的资源进行管理栈方便且风险低，为什么使用RAII? 对象占用内存很大在编译期不能确定对象的大小对象是函数的返回值，但由于特殊原因(如对象切片) ，不应使用对象的值进行返回用途：在析构函数里释放内存关闭文件释放同步锁释放其他重要的系统资源

智能指针

什么是智能指针? 完全实践RAII ，包装裸指针行为类似常规指针，但负责自动释放所指对象一个模板使用动态内存为什么使用智能指针？能够自动适应各种复杂的情况，防止误用指针导致的隐患。如，内存泄漏三种智能指针。都定义在<memory> unique_ptr 。独占所指对象 shared_ptr 。允许多个指针指向同一对象 weak_ptr 。一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象建议内置指针仅用于范围、循环或助手函数有限的小代码块中，这些代码块的性能非常关键，而且不存在混淆所有权的可能性在单独的代码行上创建智能指针，而不要在参数列表中创建智能指针，这样就不会因为参数列表分配规则而发生可能的资源泄漏

unique_ptr

操作

unique_ptr u1

unique_ptru2 空unique_ptr,可以指向类型为T的对象。

u1自己调用delete释放它的指针；u2自己调用一个类型为D的可调用对象来释放它的指针 unique_ptr u(d) 空unique_ptr，指向类型为T的对象，用类型为D的对象d代替delete u = nullptr 释放u指向的对象，将u置空 u.release() 返回指针，u放弃对指针的控制权，并将u置空 u.reset() 释放u指向的对象 u.reset(q)

u.reset(nullptr) 如果提供内置指针q ，令u指向q指向的对象。否则将u置空

其中，T是对象类型，D为删除器

更多的参见shared_ptr

特性：

一个unique_ptr只能指向一个对象，且当unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也被销毁 unique_ptr离开作⽤域时，若其指向对象，则将其所指对象销毁（默认delete） unique_ptr不是指针，而是对象定义unique_ptr时，需要将其绑定到一个new返回的指针不能对unique_ptr调用delete 。它会自动管理初始化时的指针，在离开作用域时析构释放内存不支持加减运算，不能随意移动指针地址不支持普通的拷贝或赋值

所有权

一个unique_ptr只能指向一个对象，且当unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也被销毁。为了实现这个目的，unique_ptr使用了move语义，且禁止拷贝赋值，必须使用std::move()显示地声明所有权转移尽量不要对 unique_ptr 执行赋值操作

shared_ptr

操作

shared_ptr和unique_ptr都支持的操作 shared_ptr sp

unique_ptr up 空智能指针，可以指向类型为T的对象 p 若p指向一个对象，则为true *p 解引用p,获得它所指对象 p->mem 等价于(*p).mem p.get() 返回p中保存的指针 swap(p,q)

p.swap(q) 交换p和q中的指针 shared_ptr独有的操作 make_shared(args) 返回一个shared_ptr,指向动态分配的类型为T的对象

使用args初始化此对象 shared_ptrp(q) p是shared_ptr q的拷贝

递增q的引用计数

q中的指针必须可以转换为T* p = q p 和 q都是shared_ptr ，所保存的指针必须可以相互转换

递减p的引用计数，递增q的引用计数 p.use_count() 返回与p共享对象的智能指针数量

比较慢，用于调试 p.unique() 若p.use_count() 为1 ，返回true ，否则false 定义和改变shared_ptr shared_ptr p(q) p管理内置指针q指向的对象，且q必须指向new分配的内存，还能转换为T*类型 shared_ptr p(u) p从unique_ptr u接管对象的所有权

将u置空 shared_ptr p（q,d） p接管内置指针q指向的对象的所有权,q必须能转换为T*类型

p使用可调用对象d代替delete shared_ptr p（p2,d） p是shared_ptr p2的拷贝，p使用可调用对象d代替delete p.reset()

p.reset(q)

p.reset(q,d) 若p是唯一指向对象的shared_ptr,reset会释放p的对象

若传递内置指针q ，则令p指向q，否则将p置空

若还传递d ，使用可调用对象d代替delete

所有权

与unique_ptr的所有权不同，shared_ptr的所有权可以被安全共享。因为它的内部使用引用计数

特性

当引用计数减少到 0 ，shared_ptr会自动调用 delete 释放内存 shared_ptr的实现机制是在拷⻉构造时使⽤同⼀份引⽤计数当对象不再被使用，shared_ptr会自动调用 delete 释放内存 shared_ptr可以在任何场合替代内置指针，而不用担心资源回收的问题

注意事项

引用计数的存储和管理都是成本，不如unique_ptr

引用计数的变动非常复杂，很难知道其真正释放资源的时机。因此，对象的析构函数不要有非常复杂、严重阻塞的操作

无法解决循环引用问题

不建议在函数的参数使用shared_ptr ，因为成本高

同⼀个shared_ptr被多个线程“读 ”是安全的

同⼀个shared_ptr被多个线程“写 ”是不安全的

在多个线程中同时对⼀个shared_ptr循环执⾏两遍swap。 shared_ptr的swap函数的作⽤就是和另外⼀个shared_ptr交换引⽤对象和引⽤计数，是写操作。执⾏两遍swap之后, shared_ptr引⽤的对象的值应该不变

共享引⽤计数的不同的shared_ptr被多个线程 ”写“ 是安全的

weak_ptr

操作

weak_ptr weak_ptr w 空weak_ptr可以指向类型为T的对象 weak_ptr w(sp) w与shared_ptr sp指向相同对象

T必须能转换为sp指向的类型 w = p p可以是shared_ptr/weak_ptr

赋值后w 和 p共享对象 w.reset() 将w置空 w.use_count() 与w共享对象的shared_ptr的数量 w.expired() 若w.use_count 为0,返回true,否则false w.lock() 若expired为true ，返回一个空的shared_ptr

否则返回一个指向w的对象的shared_ptr

什么是wake_ptr?

wake_ptr是一种不控制所指对象生存期的智能指针，指向一个由shared_ptr管理的对象

为什么使用wake_ptr?

解决shared_ptr存在的循环引用问题

循环引用：

class Node final { public: using this_type= Node; using shared_type = std::shared_ptr<this_type>; public: shared_type next; // 使用智能指针来指向下一个节点 }; auto n1 = make_shared<Node>(); // 工厂函数创建智能指针 auto n2 = make_shared<Node>(); // 工厂函数创建智能指针 assert(n1.use_count() == 1);// 引用计数为1 assert(n2.use_count() == 1); n1->next = n2; // 两个节点互指，形成了循环引用 n2->next = n1; assert(n1.use_count() == 2); // 引用计数为2 assert(n2.use_count() == 2); // 无法减到0 ，无法销毁，导致内存泄漏

解决：

将shared_ptr改成weak_ptr

class Node final { public: using this_type= Node; using shared_type = std::weak_ptr<this_type>; public: shared_type next; // 使用智能指针来指向下一个节点 }; //... if (!n1->next.expired()) // 检查指针是否有效 { auto ptr = n1->next.lock(); // lock()获取shared_ptr assert(ptr == n2); }

注意事项

将一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr不会改变shared_ptr的引用计数一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放，即使weak_ptr指向对象创建一个weak_ptr时，需要用shared_ptr初始化由于对象可能不存在，不能使用weak_ptr直接访问对象，而是调用lock()

reference

Smart pointers (Modern C++) | Microsoft Learn

罗剑锋的 C++ 实战笔记 (geekbang.org)

C++ Primer 中文版（第 5 版） (豆瓣) (douban.com)

知识星球 | 深度连接铁杆粉丝，运营高品质社群，知识变现的工具 (zsxq.com)

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